Частицы-призраки раскрывают главную тайну Вселенной
Результаты совместного исследования международной команды ученых из Японии и США стали важным шагом к пониманию поведения нейтрино — призрачных частиц, которые могут хранить ответ на этот фундаментальный вопрос.
Согласно теории, в ранней Вселенной должно было быть равное количество материи и антиматерии. При встрече они аннигилируют — взаимно уничтожаются, превращаясь в чистую энергию. Если бы этот баланс сохранился, Вселенная осталась бы пустой. Но каким-то образом материя победила, и ученые подозревают, что разгадка кроется в странном поведении нейтрино.
«Нейтрино плохо изучены. Их крошечные массы означают, что они очень редко взаимодействуют с чем-либо. Сотни триллионов нейтрино от Солнца проходят через ваше тело каждую секунду, но почти все пролетают насквозь», — объясняет Джозеф Уолш из Мичиганского университета.
Чтобы приблизиться к разгадке главной тайны Вселенной, ученые сравнили результаты миллионов столкновений нейтрино, зафиксированных экспериментами T2K и NOvA, которые проводились по разные стороны нашей планеты. На ускорителях в США и Японии создаются мощные потоки нейтрино, направляя их на сотни километров вглубь Земли, к детекторам, измеряющим, как меняется состав частиц по пути.
По пути нейтрино меняют свой «вкус» — переходят из одного типа в другой. Этот процесс называется нейтринными осцилляциями. Сравнивая, какие нейтрино вылетели из источника и какие прилетели в детектор, ученые изучают эти превращения. Объединив восемь лет данных NOvA и десять лет наблюдений T2K, исследователи смогли повысить точность измерений в несколько раз.
«Это была большая победа для нашей области. Мы показали, что можем проводить такие тесты, изучать нейтрино более детально и успешно работать вместе», — отметила Кендалл Мэн, профессор физики и астрономии Мичиганского университета и соруководитель эксперимента T2K.
Главная цель исследования — определить порядок масс нейтрино. Существует три типа нейтрино разной массы, и ученые пытаются выяснить, какой из них самый легкий. От ответа зависит понимание того, нарушают ли нейтрино фундаментальную симметрию природы — ведут ли себя частицы и античастицы по-разному. Если да, это могло бы объяснить победу материи над антиматерией.
Пока результаты не дают однозначного ответа, но демонстрируют силу международного сотрудничества. В проекте NOvA участвуют более 250 ученых из 49 институтов восьми стран, а в T2K — более 560 специалистов из 75 организаций 15 государств. Команды начали совместную работу в 2019 году. Ученые продолжают собирать информацию в этих экспериментах.
Ранее физики зафиксировали температуру первичной плазмы после Большого взрыва.
